En el km 309500 de la autopista Ruta 5 Norte se encuentra la

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OFICINA TECNICA
En el km 309,500 de la autopista Ruta 5 Norte se encuentra la
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Concesiones del Elqui
Concesiones del Elqui es la sociedad
concesionaria del tramo de Ruta 5 Norte
situado entre Los Vilos y La Serena, en la
IV Región, desde el km 229,100 al km
457,750. En el km 309,500 del trazado,
Sacyr Chile S.A., la constructora al cargo
de la ejecución de las obras en los 228,450
km de autopista, está terminando de construir el puente Amolanas, situado sobre la
quebrada del mismo nombre.
El proyecto y la ingeniería de detalle del
puente han sido desarrollados por la oficina de proyectos ‘Carlos Fernández Casado S.L.’, especialista en el proyecto de estructuras de estas características, quien
ha contado con los servicios técnicos de
Sacyr Chile S.A. Para la determinación de
los esfuerzos sísmicos se ha empleado un
coeficiente de aceleración, de acuerdo a
la norma AASHTO, de 0,40 g. Los resultados obtenidos del cálculo para el sismo
longitudinal provocan esfuerzos muy grandes en la estructura, por lo que el proyectista decidió disipar la energía producida
por el sismo por medio de amortiguadores colocados entre los estribos y el dintel, de modo que se limite la carga que se
transmite al tablero introduciendo un desplazamiento mayor. La revisión y aprobación de la ingeniería ha sido realizada por
el Departamento de Puentes de la Dirección de Vialidad. El IDIEM controla la calidad de la estructura metálica.
El puente se encuentra en un entorno
donde el terreno es extraordinariamente
abrupto, con laderas de roca meteorizada
con pendientes medias de 45º en la ladera
norte y de 30º en la ladera sur.
Bajo el terreno meteorizado, la roca
de cimentación tiene una excelente capacidad de carga. Se trata de roca sedimentaria de grano fino, brechas y areniscas, en parte de tipo conglomerado,
que se presentan plegadas y finamente
estratificadas.
abrupta quebrada Amolanas, por la que va a pasar la nueva autopista, sobre un puente de 106 m de altura máxima sobre el cauce.
Para salvar esta gran altura, se está construyendo el nuevo puente
Amolanas, que será el puente carretero más alto de Chile, empleando un método constructivo que marca un hito en la ingeniería
nacional.
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La tipología del tablero corresponde a
una estructura mixta (acero y hormigón
armado), y consiste en un cajón metálico, de 268,00 m de longitud, de sección
constante de 4,00 m x 8,00 m, sobre el
que descansa una losa postensada, ejecutada in situ, de 22,70 m de anchura.
El método constructivo consiste en el empuje del cajón completo, de 268,00 m x
22,70 m y 2.200 ton de peso, desde el
estribo sur, sobre las pilas, hasta alcanzar el estribo norte.
DINTEL
La anchura total del puente viene determinada por la sección transversal tipo de
la autopista y es igual a 22,70 m, dividido
en dos calzadas de dos pistas (3,50 m +
3,50 m), con berma exterior de 2,50 m,
berma interior de 1,00 m, aceras, barandas y barrera de hormigón tipo New Jersey
en la mediana.
El dintel es continuo, sin juntas, con una
longitud total de 268,00 m, y se divide en
cuatro vanos de luces 40,00 m + 60,00 m
+ 80,00 m + 88,00 m. Se apoya en dos
estribos extremos y tres cepas intermedias,
de alturas 22,50 m, 48,30 m y 100,51 m.
El puente tiene, longitudinalmente, una pendiente descendente de 1,30 % en sentido
norte-sur.
Estructuralmente, es una viga cajón
de estructura mixta de acero y losa de
hormigón armado. La estructura de acero consta de dos zonas: el cajón principal (de 268,00 m de longitud, 8,00 m
de anchura y 4,00 m de altura) y las
alas simétricas de rigidización transversal, de 7,35 m cada una. Esta rigidización transversal se ha dispuesto, longitudinalmente, cada 4,00 m, y está formada por parejas de puntales inclinados que sirven para soportar en su extremo a la losa de hormigón armado. El
ancho total de la estructura metálica es
22,70 m (7,35 + 8,00 + 7,35), igual
al ancho del tablero.
El peso total de la estructura metálica es de 2.200 ton, y se ha construido
con más de 9.200 chapas de acero A588 de espesores variables (entre 10
mm y 100 mm), en función de la posición de cada elemento en la sección
transversal y longitudinal del puente.
El premontaje de
la superestructura
metálica lo ha ejecutado la maestranza
EDYCE en sus instalaciones de Concepción, desde donde se
ha transportado, en
tramos de cuatro
metros, hasta la
quebrada Amolanas,
donde se ha ajustado y soldado cada
tramo y se ha terminado la construcción
del cajón. El acero
empleado en la fabricación ha sido del
tipo ASTM A 588,
cuya característica
más relevante es que
es ‘autopatinable’,
que crea una capa
uniforme de óxido
que impide la propagación de la corrosión hacia el interior,
lo que aumenta la
durabilidad de la estructura y reduce el
mantenimiento. La
mayor parte del acero empleado ha sido
suministrado desde Brasil, excepto las chapas de mayor espesor, 100 mm, cuyo país
de origen es Alemania.
La losa de hormigón armado del tablero
se construye por fases. La primera, consiste en la prefabricación de prelosas de hormigón armado de 3,82 m de longitud y 0,05
m de espesor, que cumplen una triple función. Por una parte, al ser armadas, tienen
una función resistente; por otra, sirven de
moldaje perdido. Por último, permiten que
la construcción sea más rápida y segura.
Una vez empujado el cajón como se describe más adelante, tiene lugar la segunda
fase de la construcción del tablero, que consiste en la colocación de las prelosas, apoyadas sobre cada pareja de alas de rigidización transversal. A continuación se colocan
las armaduras, que se conectan al cajón
metálico y a las alas simétricas de rigidización transversal mediante 36.000 pernos
STUD. En esta misma fase se colocan las
vainas y los cables de postensado, y se procede a hormigonar el tablero por tramos,
hasta completar su espesor total de 0,26
m. El hormigón empleado es H-35.
Con la ingeniería de detalle se han optimizado las fases de postensado, y se ha
determinado la disposición final de los cables en cada sector del tablero. Los cables
de postensado están formados por 7 tendones de diámetro ∆0,6” (15,7 mm), de
acero ASTM A 416. Para el tablero completo, de 268,00 m de longitud, se van a
emplear 34 km de cable.
INFRAESTRUCTURA
La infraestructura es la habitual en viaductos de estas características: la cimentación de cepas y estribos es directa sobre
la roca de las laderas, mediante zapatas
paralelepipédicas ejecutadas in situ, de hormigón armado.
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Las cepas del viaducto son de hormigón
armado con fuste octogonal de sección constante, aligerado en la zona central. La sección se inscribe en un cuadrado de 5,50 m,
con paredes de 0,50 m de espesor. En el caso
de la cepa 3, la de mayor altura, la sección es
de canto variable en su parte inferior. El hormigón utilizado también es del tipo H-35. Para
la ejecución de las cepas se ha utilizado un
sistema de encofrados trepantes, en módulos de 5,40 metros de altura.
La parte superior de las cepas experimenta un ensanchamiento hasta alcanzar
los 8,00 m necesarios para recoger toda
la anchura de la parte inferior del dintel.
En dicha zona, se maciza con hormigón
armado el aligeramiento de la zona central del fuste.
En la zona inferior de la cepa 3 el ancho
de la pila aumenta, con transición circular
constante, desde 5,50 m a 52,53 m de
altura, hasta una anchura total de 9,00 m
sobre la cimentación. En la parte superior
las tres cepas son de sección constante e
idénticas entre sí.
APOYOS Y ELEMENTOS SECUNDARIOS
Sobre las cepas y los estribos se disponen aparatos de apoyo de neopreno–teflón,
de las siguientes características:
Estribo 1: 2 apoyos libres de 3.500 kN y
desplazamiento ± 180 mm.
Cepa 1: 2 apoyos libres de 13.000 kN y
desplazamiento ± 165 mm.
Cepa 2: 2 apoyos libres de 12.000 kN y
desplazamiento ± 135 mm.
Cepa 3: 1 apoyo libre de 20.000 kN y
desplazamiento ± 30 mm.
1 apoyo dirigido longitudinalmente de 20.000 kN.
Estribo 2: 2 apoyos libres de 8.000 kN y
desplazamiento ± 190 mm.
Entre el dintel, las cepas 1 y 2 y ambos
estribos existen llaves de coacción transversal.
Los apoyos verticales son de:
Estribo 1: 2 apoyos verticales de neopreno
zunchado de 450 mm x 600 mm
x 114 mm (82 mm de acero).
de espesor. Los diafragmas de borde, desde los que se prolongan las aletas, tienen
8,55 m de canto y 1,00 m de espesor. En
la parte superior del estribo 2 se dispone
del mismo alojamiento visitable que en el
estribo 1, para colocación de los amortiguadores hidráulicos.
La superestructura cuenta con los siguientes elementos secundarios:
Cepa 1:
2 apoyos verticales de neopreno
zunchado de 600 mm x 700 mm
x 110 mm (80 mm de acero).
Cepa 2: 2 apoyos verticales de neopreno
zunchado de 400 mm x 500 mm
x 114 mm (82 mm de acero).
Estribo 2: 2 apoyos verticales de neopreno
zunchado de 600 mm x 700 mm
x 110 mm (80 mm de acero).
Teniendo en cuenta las solicitaciones sísmicas a que se verá sometida la estructura
una vez puesta en servicio, ha sido necesario complementar al tablero metálico con
cuatro amortiguadores antisísmicos horizontales de 3.000 kN de carga útil y desplazamiento ± 200 mm, para enfrentar el
empuje longitudinal del sismo, del mismo
tipo que los empleados en la rehabilitación
del puente Golden Gate de San Francisco.
ESTRIBOS
Los estribos son rectos, de hormigón
armado H-35, y ejecutados in situ, y van provistos de aletas vueltas a 90 º para recoger las tierras.
El estribo 1, en el
lado sur, tiene una cimentación formada
por una losa de 23,5
m de ancho, 13,75 m
de longitud en dirección longitudinal del
puente y 2,00 m de
espesor. Se disponen
cuatro diafragmas,
dos exteriores que se
prolongan en las aletas laterales, de
10,75 m de canto y 1,60 m de espesor.
Los diafragmas interiores tienen 1,00 m
de espesor y una anchura máxima de 6,95
m. En la parte superior se dispone de un
recinto visitable de 21,00 m de anchura
total libre y 4,70 m de altura, donde se alojan los amortiguadores hidráulicos horizontales mencionados anteriormente.
El estribo 2, en el lado norte, tiene una
cimentación escalonada de 24,70 m de
anchura, en tres escalones de 6,55 m +
9,40 m + 6,55 m y un espesor medio de
2,00 m. Los dos diafragmas interiores tienen un canto máximo de 5,15 m y 1,00 m
-
Juntas de dilatación en los estribos, de
apertura 0,20 m.
Pasillos a ambos lados.
Barrera continua de hormigón tipo New
Jersey en la mediana.
Impermeabilización de todos los paramentos de los estribos.
Desagües a ambos lados cada 20,00 m.
PROCESO CONSTRUCTIVO
A grandes rasgos, el proceso constructivo del viaducto consiste en el lanzamiento, desde el estribo sur y por fases, de la
superestructura metálica.
Este proceso constructivo ha obligado a
calcular un total de 96 hipótesis de carga
del cajón metálico, en las diversas fases de
empuje, para garantizar su resistencia en
todo momento, incluso con la aparición de
sismo durante cualquiera de los cuatro
empujes.
Para llevar a cabo cada una de las fases
del lanzamiento se dispone de apoyos especiales y de gatos de empuje, que son los
que “tiran” de la estructura para llevarla a
su ubicación final. La tecnología empleada
en el empuje, así como los aparatos especializados, los ha suministrado la empresa
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suiza VSL. Las fases de empuje constituyen operaciones especialmente delicadas
pues en todo momento hay que vigilar que
el cajón no se desvíe de su trayectoria, evaluando constantemente las deformaciones
en la cabeza del cajón. Una vez que la estructura llega a los diferentes apoyos (en
las cepas y el estribo norte), hay que realizar una operación de izado de la cabeza. En
otros puentes se recurre a un proceso de
atirantamiento de la estructura con la instalación de una torre con sistema de rodadura por encima de la estructura metálica.
En este puente este movimiento de izado
de la cabeza se resuelve con unos gatos
verticales, que levantan la cabeza de la estructura por encima del apoyo.
Una vez que la estructura metálica descanse sobre los cinco apoyos definitivos
(estribos y tres cepas), se ejecuta la losa
del puente. La solución adoptada consiste
en prelosas prefabricadas de 3,82 x 1,82
m, sobre las que se coloca la enfierradura
del tablero y los cordones de las armaduras activas para su posterior tesado. Se
han prefabricado más de 800 prelosas de
alta resistencia bajo un exhaustivo control
de calidad, pues todas y cada una de ellas
se somete a prueba de carga, con el propósito de cuidar al máximo la seguridad de
las personas que trabajan en el tablero.
En la construcción del puente se consideran las siguientes fases:
1.
2.
3.
4.
5.
Construcción de la cimentación y elevación de los fustes de las cepas con la
utilización de un moldaje trepador.
Elevación de los estribos y relleno del
terraplén.
Inicio de la prefabricación del cajón metálico en terreno, con dovelas metálicas de 4,00 m de longitud. Se construyen en la maestranza EDYCE en Concepción y se montan a pie de obra sobre el parque de fabricación antes de
proceder al empuje.
En la parte delantera se dispone de una
pequeña “nariz de empuje”, con el propósito de recuperar las flechas del dintel en el momento que este alcanza la
cepa. Las operaciones de levantamiento
se realizan con dos parejas de gatos.
El número de dovelas a disponer en el
parque de fabricación se estudia y su
fabricación se programa con exactidud,
con el fin de mantener la estabilidad del
dintel en el cruce del primer vano.
6. Durante las operaciones de empuje se
lanza solamente el cajón de acero, con
su rigidización transversal, conectadores y puntales, pero la losa del tablero
se ejecuta después de finalizadas las
cuatro fases del empuje.
7. Sobre las cepas y los estribos se disponen, durante el empuje del tablero,
apoyos provisionales de neopreno y teflón, que apoyan y guían al dintel.
8. A continuación, se procede a la sustitución de los apoyos provisionales, situados en las cepas y los estribos, por
los definitivos.
9. Una vez terminado el lanzamiento de todo
el dintel, se procede a construir la losa
de hormigón prefabricado del tablero. En
una primera fase, para la colocación de
las prelosas, se ha construido un puente grúa o carro de avance que, rodando
sobre carriles situadas sobre las almas
metálicas principales del dintel metálico, transportan y posicionan las prelosas hasta su ubicación final sobre el cajón metálico. Este carro tiene un dispositivo de movimiento longitudinal, a lo
largo del puente, y
un dispositivo de
movimiento transversal de las prelosas dentro del carro, que permite la
exacta colocación
de las piezas (especialmente en sentido transversal al
dintel), para conseguir un fácil y exacto enfilado del postensado.
10. Una vez colocadas
las prelosas de
cada fase de postensado, se hormigona dicha fase.
11. Una vez fraguado el
hormigón, se procede a ejecutar el
postensado.
12. Se repiten las fases
de colocación de
prelosas, coloca-
ción de armaduras, vainas y cables y
hormigonado hasta terminar completamente la superficie del tablero. Se
termina el postensado del puente.
13. Se inyectan las vainas de todo el postensado.
14. Se colocan las juntas de dilatación, el
pavimento, la señalización, las barandas
y la defensa de hormigón New Jersey.
CALIDAD
Teniendo en cuenta que en los contratos
en concesión la concesionaria tiene la responsabilidad de la conservación de las obras
durante un plazo significativo, la calidad de
las obras civiles puestas en servicio se convierte necesariamente en objetivo fundamental de la sociedad concesionaria. En
esta línea Concesiones del Elqui, con el objetivo de garantizar la calidad de la construcción del puente Amolanas realizó un
control exhaustivo, mediante su Unidad de
Calidad, aplicando una supervisión de los
materiales, la geometría y los procesos rigurosa e intensa, como supervisión del trabajo
de la constructora Sacyr Chile S.A. BIT
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